引言

　　集成了傳感器技術、微機電制造系統（MEMS）技術、無線通信技術和分布式信息處理技術的無線傳感器網絡是因特網從虛擬世界到物理世界的延伸。本文之所以把無線傳感網絡這種先進的技術應用于智能家居安防領域，其一是伴隨著高科技產品在現代家庭中的應用，相應地也帶來了一系列不安全因素，如煤氣管道、熱水器以及其他許多大容量的家用電器的使用，都明顯地增加了發生火災的可能性以及煤氣中毒、爆炸的危險等，且社會上還有不法分子在活動，行兇、盜竊等違法犯罪活動時有發生，給社會帶來不安定因素，所以家庭安防系統的研究具有迫切意義；其二是廣闊的市場前景，因為安全是每一個家庭和工業領域必需的保障，所以該系統的應用范圍是相當廣泛的；其三是其典型性和可移植性，如果在智能家居安防中實現了，那么該技術可以移植到其他很多系統之中，比如說智能大樓，智能醫療系統，而只需做部分應用方面的修改。

　　1 基于 Zigbee 技術的無線傳感器網絡

　　Zigbee 網絡首先由連接無線網關的協調器（Coordinator）發動并建立，其他節點加入已經建立的網絡。每個節點加入網絡時，其父節點都會按約定規則給它分配一個網絡層地址供通信使用。功能比較強且供電充足的節點充當路由節點（Route Node，RN）為全功能設備（FullFunction Device，FFD），它能接收其他節點作為其子節點，同時根據自身狀況決定是否給其他節點查找路由和轉發數據；功能比較弱的節點為簡化功能節點（RFD） ，不能成為其他節點的父節點，通信時只能請父節點幫忙轉發數據［2］。有路由能力的路由節點（RN+）采用AODVjr 路由算法，而沒有路由能力的路由節點（RN-）和RFD 遵循Cluster-Tree 路由算法［3］。Zigbee 標準的協議棧如所示。

　　2 智能家居安防系統的設計方案

　　2.1 系統的總體設計方案

　　基于無線傳感器網絡的智能家居網絡主要是由若干無線傳感器節點、無線執行機構、家居無線控制中心組成［4］。其中， 節點分布于客廳、臥室、洗手間、廚房等需要監測的區域內，執行數據采集、處理和通信工作。無線執行機構負責啟動聲光報警、自動繼電器開關等控制功能。家居無線控制中心處理、轉發來自無線傳感器節點中的信息， 并且為互聯網的連接提供接口進行遠程控制。由于不同網絡結構會對網絡的速度、特點和實現有較大影響，因此結合智能家庭網絡系統的特點，如家庭內部無線網絡連接距離較短， 家用電器位置容易改變，家庭電器等的數也容易變化，房間之間仍有一段不小的距離，分布的節點并不是太多，并且數據的傳輸量也不是太大， 網絡中的信息傳送主要發生在WSN的基站和其他室內終端上的傳感器節點之間。基于家庭網絡的這些特點以及樹的特征和優勢，本文以WSN的基站節點（也稱為協調器Coordinator）為中心節點組建一個串狀樹形家庭網絡。

　　本文主要實現的功能包括智能門禁系統、智能門窗防盜、煤氣監測系統、火災監測系統、居室內的人體紅外檢測、遠程監控、數據庫系統。節點布置和網絡系統的總體設計方案如圖2所示，圖中的ZD代表的是Zigbee終端設備，可以是FFD也可以是RFD；ZR代表的是Zigbee路由器；ZC代表的是Zigbee協調器。

　　2.2 智能家居安防系統的各功能塊的描述

　　（1）智能門禁系統：

　　當人走到家居門口時，紅外熱釋電傳感器感應到人體接近，促使門禁Zigbee設備主動發射獲取人體身份命令信號。當人體攜帶著身份識別標簽（也是一種Zigbee 設備）時，標簽會發送加密身份信號給門禁Zigbee 設備，門禁系統經過分析判斷后決定是否開啟數字門鎖，用戶再也不用自己掏鑰匙開門了。如果是一個未知身份的人體，則門禁系統會搜索家居內是否有人，如果有人則通知家居內的用戶有客人到來，如果家居內沒人則會遠程通知智能家居安防用戶有客人在家門口，通過門禁系統的攝像頭采集客人的人臉圖像并通過Internet發送到用戶PC 上。當然遠程用戶也可以隨時給家庭網關協調器發送命令來采集家居門口人臉的圖像。當用戶確認了來人的身份以后可以遠程控制門禁系統開啟數字門鎖，讓客人進屋，以免讓客人在屋外等待。

　　（2）智能門窗防盜

　　所有的家居窗戶上都安裝有紅外幕簾傳感器，用來防止未知人員從窗戶侵入家居。該系統是人性化的運行方式，分為白天和黑夜兩種運行方式，這由協調器的實時時鐘來進行控制。白天時，當家居內有人體走進一個房間時，該房間的紅外幕簾即告失效，防止不必要的誤報警，而當人體一旦離開房間則該房間的紅外幕簾馬上開啟。而在夜晚的時候，用戶需要設定一個時間點，當到達設定的時間點的時候，紅外幕簾會強制開啟，并保持到天亮。

　　（3）煤氣泄漏監測

　　在廚房安裝多個煤氣檢測傳感器節點，可靠地報告廚房煤氣的含量是否超標，如果超標則立即報警和遠程報警通知，同時開啟所有的排氣扇，保證家居內人員的人身安全。

　　（4）火災預警系統

　　在所有的房間都安裝上了火災光電煙霧探測器，對即將發生的火災事件預警通知，合理布置火災探測器節點，防止盲點的出現，遏制火災事件的發生。

　　（5）居室內的人員定位

　　在居室內布置有紅外熱釋電傳感器節點，用以監測家居內是否有人、位于哪一個屋，如果是佩戴有身份標簽的人員則還可知其身份。這些都可以在遠程監控界面中觀察到。這還可以用來監督小孩子有沒有在學習，是不是在客廳看電視等等，也可以監測老人們是不是在家里面等等。

　　（6）遠程監控

　　以上所有的安全參數都可以在遠程客戶端軟件中觀察到，并可以實現部分電器和數字門鎖控制，全圖形化監視和控制界面，方便觀察和控制。

　　（7）數據庫系統

　　所有的控制命令、圖像采集數據、報警參數時間等數據都通過上位機軟件存儲于SQLServer2000數據庫中。